刘明院士谈集成电路如何发展：没有捷径，避免过多行政干预

刘明院士

在10月22日下午举行的2020中国计算机大会上，刘明院士作了题为《集成电路的创新与发展》的大会报告，其中谈到中国集成电路的现状以及她的个人思考。

刘明称，中国IC产业发展的有利之处可以用三个短语概括：市场巨大、政府重视和资本热捧。

“首先看市场，2019年中国集成电路的进口额是3000亿美元。2019年整个IC全球的销售额大概4500亿美元，所以大部分都被中国买来了。”此外，政府对集成电路产业高度重视，出台产业发展相关政策。在资金方面，中央成立了集成电路产业的专项基金，首期是1387.2亿，二期超过了2000亿。各个地方政府都成立了地方的专项资金来支持中国集成电路的发展。

刘明介绍，在2010年到2019年10年间，中国集成电路的年均复合增长率超过了20%，同期国际的年均符合增长率大概是5%，中国的增长速率远高于全球水平。2020年上半年，整个销售额也达到了3539亿，同比增长了16.1%。

再看整个的集成电路三个方面——测封、制造和设计的比例。她介绍，2015年到2020年的第一季度，中国这三个方面的比例正在逐步优化。

“从过去的大封测、小制造、小设计，到现在的大设计、中封测、中制造方向的演进。但是即使如此快速的发展，到了2020年国产芯片的自给率也只有16.7%。”

中国集成电路的现状

刘明从材料、设备和制造技术等角度进一步分析中国集成电路的现状。

她表示，半导体的主要材料，从硅片到掩模版、光刻胶等领域由日本厂商占领。其它材料比如电子特气、抛光液和抛光垫等领域的市场份额由美国厂商占领。“国产的硅片大部分都用在分离器件、太阳能电池等领域里，而在集成电路制造领域国产硅片的比例非常低。”

设备方面，“中国集成电路设备各环节的平均占有率（包括低端的后端的设备）是14%，而光刻设备、离子注入等核心设备都来源于欧美国家，国产率不足5%。如果对比先进的28nm特别是18、14nm以下的技术，国产占有率更低。”

“再看制造技术，我们的工艺制成落后大概2到3代，同时体量特别小。”“大家不要光盯着尖端的技术，我们的基础是否夯实也非常重要。”

刘明还提到中国集成电路的另一大特点——产业发散。不同于全球集成电路企业并购频繁、高度聚集，中国的企业如雨后春笋，层出不穷。“2004-2019年，中国IC产值增加20倍，企业数增加300倍，设计企业突破4000家。”

她在报告中指出科学研究与产业发展的关系，认为科学研究需要积累，前瞻研究转换成市场应用需要再次创新和时间周期。“中国目前商业模式的创新是非常有活力，也很有资源，但是底层技术和基础产业如何坚守和获得支持，也值得我们深思。”

集成电路如何发展？

“集成电路成了一级学科，很多人都在问，你们觉得要怎么发展？”

在刘明看来，新技术不断出现是集成电路领域最大的特点。“材料、设备、工艺、软件、硬件的整体提升，才能让这个行业整体提升，其实是一个微观世界的庞大系统工程。这个行业融合了电子信息、物理、化学、材料、工程、自动化等等多学科的交叉，其实需要综合的知识背景，交叉的技术技能融合创新的素质，才能在这个行业里游刃有余。”

她认为，美国IC产业之所以强大是源于他们对STEAM基础学科的高度重视（STEM是科学、技术、工程、数学四门学科英文首字母的缩写），所谓功夫在诗外。大学教育无论改了多少专业都应该以通识教育为主，夯实基础，学生能够有学习的能力和独立思考的能力更重要。

“应该坚持市场经济，按产业规律办事，避免更多的行政干预。改善产业环境、税收调节以及产品的迭代机制， 健康 的资本，技术的积累、创新的机制都对这个行业的良性发展至关重要。”

刘明表示，核心的知识产权和技术发展没有捷径和弯道，“有弯道别人也走了不会留给我们”，夯实基础、长远布局非常重要。另外，她还提到应加强知识产权和企业家财产权的保护、坚持改革开放等。

刘明，1964年4月出生于江西丰城，1998年于北京航空航天大学获博士学位。现任中国科学院微电子研究所研究员、博士生导师、中国科学院微电子器件与集成技术重点实验室主任。2015年当选为中国科学院院士。

刘明长期致力于微电子科学技术领域的研究，在存储器模型机理、材料结构、核心共性技术和集成电路的微纳加工等方面做出了系统性和创造性的工作。她的代表性成果包括：建立了阻变存储器（RRAM）物理模型，提出并实现高性能RRAM和集成的基础理论和关键技术方法。

校对：栾梦

姓 名： 叶甜春（博士生导师）

性 别： 男

出生年月： 1965年12月

研究方向： 集成电路设计与应用、纳米加工与制造技术、新型器件

职 称： 研究员

毕业院校： 复旦大学电子工程系

学 历： 本科

专 业： 半导体微电子学

电子信箱： tcye@ime.ac.cn

留学经历：

1992－1993年，日本理化学研究所访问学者

工作经历：

1986年9月－1992年2月 中国科学院微电子中心 助理工程师

1992年2月－1993年7月 日本理化学研究所 访问学者

1993年7月－2001年5月 中国科学院微电子中心（工程师、副研究员、研究员，课题组长、研究室副主任）

2001年6月－2007年7月 中国科学院微电子研究所 副所长

2007年7月至今，中国科学院微电子研究所 所长，中国科学院EDA中心 主任（兼）

发表文章：超过100篇（含合作论文）

参与项目或课题：

长期从事集成电路制造技术、新型器件及微细加工技术领域的研究工作，作为课题负责人和核心骨干完成了国家“七五”至“十五”攻关、攀登计划、863、973、中科院知识创新工程等十几项科研课题的研究任务,在深亚微米及纳米加工技术、超高频化合物半导体器件研究、新型器件等方面取得多项具有国内领先或国际先进水平的科研成果。

获奖情况：

获得国家科技进步二等奖1项、中国科学院科技进步二等奖2项、北京市科技进步一等奖2项，荣获得国家“八五”科技攻关先进个人、中国科学院青年科学家奖和优秀青年称号。

刘明 研究员 实验室主任 liuming@ime.ac.cn

陈宝钦 chenbq@ime.ac.cn 纳米加工与新器件集成实验室

清华大学集成电路学院的研究重点

清华大学集成电路学院，将瞄准集成电路“卡脖子”难题，聚焦集成电路学科前沿，打破学科壁垒，强化交叉融合，突破关键核心技术，培养国家急需人才，实现集成电路学科国际领跑，支撑我国集成电路事业的自主创新发展。集成电路是电子信息系统的核心，深刻的影响着经济发展、社会的进步和国家安全，是大国竞争的战略必争之地，发展集成电路已上升为国家重大战略。

集成电路为何如此重要？ 

集成电路已经成为各行各业实现信息化，智能化基础。无论是在军事上还是在民用上，他都起着不可替代的作用。在国家安全和国防领域，它起着维护国家利益，捍卫国家主权的关键作用；在经济建设和增强综合国力的过程中，集成电路又是核心竞争力的具体表现。集成电路产业的兴起为现代技术奠定了基础。 在在民用上，我们的手机、电脑、洗衣机，作为众多机器设备的“心脏”，集成电路在人类的生活中几乎无处不在。

自1958年世界上第一块集成电路发明以来，集成电路已经从实现电路小型化的方法演变为信息系统的核心，支撑战略性产业发展。“集成电路代表着当今世界微纳制造的最高水平，是集人类超精细加工技术之大成，也是多学科交叉融合的尖端科学与工程技术。”中国科学院院士刘明如是评价。

集成电路的分类

集成电路，又称为IC，按其功能、结构的不同，可以分为模拟集成电路、数字集成电路和数/模混合集成电路三大类。模拟集成电路又称线性电路,用来产生、放大和处理各种模拟信号（指幅度随时间变化的信号。例如半导体收音机的音频信号、录放机的磁带信号等），其输入信号和输出信号成比例关系。而数字集成电路用来产生、放大和处理各种数字信号（指在时间上和幅度上离散取值的信号。例如5G手机、数码相机、电脑CPU、数字电视的逻辑控制和重放的音频信号和视频信号）。

集成电路的特点

集成电路具有体积小，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性高，性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产。它不仅在工、民用电子设备如收录机、电视机、计算机等方面得到广泛的应用，同时在军事、通讯、遥控等方面也得到广泛的应用。用集成电路来装配电子设备，其装配密度比晶体管可提高几十倍至几千倍，设备的稳定工作时间也可大大提高。

---